環氧樹脂的增韌改性方法研究進展(二)
1.6納米粒子增韌
由于納米粒子粒徑小,表面原子占有率高,表面具有不飽和鍵或懸空鍵的特殊結構,因此納米粒子具有非常大的表面活性,與聚合物發生物理或化學結合的可能性大,納米粒子在界面上與環氧基團形成遠大于范德華力的作用力,形成非常理想的界面,從而起到更好的引發微裂紋、吸收能量的作用。
目前研究較多的EP/粘土納米復合材料是將EP插入到粘土層間制備插層型、剝離型及兼具兩種結構的納米復合材料。EP基納米復合材料與EP基復合材料相比,其強度、韌性、剛性等性能均有大幅度提高。梅啟林等人采用機械攪拌和離心分散的方法制備了多壁碳納米管-有機蒙脫土/環氧樹脂復合材料,測試結果表明,多壁碳納米管和有機蒙脫土的混雜對EP具有協同增韌的作用。當有機蒙脫土含量為2wt%,多壁碳納米管含量為0.1wt%時,所得復合材料的斷裂韌性是純EP的1.77倍,是2wt%有機蒙脫土/環氧樹脂復合材料的1.45倍,是0.1wt%多壁碳納米管/環氧樹脂復合材料的1.39倍。
1.7液晶聚合物增韌
液晶聚合物增韌EP的機理主要是“裂紋-釘錨”作用機理,液晶聚合物作為第二相,當體積分數適當時就可以發生增韌作用,即液晶聚合物顆粒裂紋擴展在約束作用,它橫架在斷裂面上,阻止裂紋進一步擴展,像一座橋將裂紋的兩邊聯接起來;同時,橋聯力還對二者連接處的裂紋起釘錨作用。少量液晶微纖存在可以阻止裂縫,提高脆性基體的韌性,而不降低材料的耐熱性和剛度。
張宏元等設計并合成了一種側鏈型液晶聚合物(SLCP),用碳三十一作固化劑時SLCP對EP有較好的增強增韌效果,在強度和TG不降低的情況下其斷裂伸長率是未改性固化物斷裂伸長率的3.6倍。
1.8其它增韌方法
除以上常用的增韌方法,EP的增韌方法還有互穿聚合物網絡增韌、樹枝型分子增韌和離聚體增韌EP等?;ゴ┚酆衔锞W絡增韌(IPN)是由兩種或兩種以上交聯網狀聚合物相互貫穿,纏結形成的聚合物混合物,其特點是一種材料無規則地貫穿到另一種材料中去,起著“強迫包容”作用。這種結構不僅可以大大提高材料性能的協同效應,而且在外力作用下網絡可發生大變形,吸收外界能量,加大應力傳遞,提高應力集中鏈的有效數量,對EP起到明顯的增韌效果。同步互穿能大限度地抑制相分離,因而其增韌效果好。
樹枝形分子是近十多年才出現的一種新型高分子材料,它是一種以小分子為生長點,通過逐步控制重復反應得到的一系列分子質量不斷增長、結構類似的化合物。其化學結構隨著反應進行可以向四周輻射增長,終形成具有內部空腔和大量分支的球形結構。這既為內部空間提供保護,也可以對外部反應物和溶劑進行分子識別。大量的外表面端基為分子結構改性提供了可能。
S.CChen等研究了用離聚體來增韌EP,先合成了離聚體(PEL),然后用以增韌EP,結果表明斷裂韌性指標有很大提高,原因是在離聚體與EP之間形成了很強的交聯網絡結構。
2.增韌研究前景
EP的增韌改性一直是高分子材料專家研究的重點,新的增韌改性方法及技術也在不斷出現,如大分子固化劑增韌、中空粒子增韌和樹脂合金化增韌等。隨著電子電氣材料及先進復合材料的日益發展,對EP的綜合性能的要求越來越高,希望在增韌EP的同時,整個材料的其它性能,包括熱性能、模量及電性能等物理性能也能有較好的改善,因此單一的增韌方法已經不能滿足這一要求。目前,國內外科研人員除繼續探索新的EP增韌方法外,以上各種增韌方法的交叉應用也已經引起人們的重視。隨著新的增韌改性技術的發展,EP的綜合性能將會不斷提高,應用范圍也會更加寬廣。
由于納米粒子粒徑小,表面原子占有率高,表面具有不飽和鍵或懸空鍵的特殊結構,因此納米粒子具有非常大的表面活性,與聚合物發生物理或化學結合的可能性大,納米粒子在界面上與環氧基團形成遠大于范德華力的作用力,形成非常理想的界面,從而起到更好的引發微裂紋、吸收能量的作用。
目前研究較多的EP/粘土納米復合材料是將EP插入到粘土層間制備插層型、剝離型及兼具兩種結構的納米復合材料。EP基納米復合材料與EP基復合材料相比,其強度、韌性、剛性等性能均有大幅度提高。梅啟林等人采用機械攪拌和離心分散的方法制備了多壁碳納米管-有機蒙脫土/環氧樹脂復合材料,測試結果表明,多壁碳納米管和有機蒙脫土的混雜對EP具有協同增韌的作用。當有機蒙脫土含量為2wt%,多壁碳納米管含量為0.1wt%時,所得復合材料的斷裂韌性是純EP的1.77倍,是2wt%有機蒙脫土/環氧樹脂復合材料的1.45倍,是0.1wt%多壁碳納米管/環氧樹脂復合材料的1.39倍。
1.7液晶聚合物增韌
液晶聚合物增韌EP的機理主要是“裂紋-釘錨”作用機理,液晶聚合物作為第二相,當體積分數適當時就可以發生增韌作用,即液晶聚合物顆粒裂紋擴展在約束作用,它橫架在斷裂面上,阻止裂紋進一步擴展,像一座橋將裂紋的兩邊聯接起來;同時,橋聯力還對二者連接處的裂紋起釘錨作用。少量液晶微纖存在可以阻止裂縫,提高脆性基體的韌性,而不降低材料的耐熱性和剛度。
張宏元等設計并合成了一種側鏈型液晶聚合物(SLCP),用碳三十一作固化劑時SLCP對EP有較好的增強增韌效果,在強度和TG不降低的情況下其斷裂伸長率是未改性固化物斷裂伸長率的3.6倍。
1.8其它增韌方法
除以上常用的增韌方法,EP的增韌方法還有互穿聚合物網絡增韌、樹枝型分子增韌和離聚體增韌EP等?;ゴ┚酆衔锞W絡增韌(IPN)是由兩種或兩種以上交聯網狀聚合物相互貫穿,纏結形成的聚合物混合物,其特點是一種材料無規則地貫穿到另一種材料中去,起著“強迫包容”作用。這種結構不僅可以大大提高材料性能的協同效應,而且在外力作用下網絡可發生大變形,吸收外界能量,加大應力傳遞,提高應力集中鏈的有效數量,對EP起到明顯的增韌效果。同步互穿能大限度地抑制相分離,因而其增韌效果好。
樹枝形分子是近十多年才出現的一種新型高分子材料,它是一種以小分子為生長點,通過逐步控制重復反應得到的一系列分子質量不斷增長、結構類似的化合物。其化學結構隨著反應進行可以向四周輻射增長,終形成具有內部空腔和大量分支的球形結構。這既為內部空間提供保護,也可以對外部反應物和溶劑進行分子識別。大量的外表面端基為分子結構改性提供了可能。
S.CChen等研究了用離聚體來增韌EP,先合成了離聚體(PEL),然后用以增韌EP,結果表明斷裂韌性指標有很大提高,原因是在離聚體與EP之間形成了很強的交聯網絡結構。
2.增韌研究前景
EP的增韌改性一直是高分子材料專家研究的重點,新的增韌改性方法及技術也在不斷出現,如大分子固化劑增韌、中空粒子增韌和樹脂合金化增韌等。隨著電子電氣材料及先進復合材料的日益發展,對EP的綜合性能的要求越來越高,希望在增韌EP的同時,整個材料的其它性能,包括熱性能、模量及電性能等物理性能也能有較好的改善,因此單一的增韌方法已經不能滿足這一要求。目前,國內外科研人員除繼續探索新的EP增韌方法外,以上各種增韌方法的交叉應用也已經引起人們的重視。隨著新的增韌改性技術的發展,EP的綜合性能將會不斷提高,應用范圍也會更加寬廣。










































